[发明专利]一种基于相位恢复的物质分布探测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于相位恢复的物质分布探测方法。

背景技术：

最近，研究人员提出了一种测量粘液粘性的新方法。他们把黄金棒颗粒植入到粘液中，然后测试颗粒的扩散速率。该方法有助于医生更好地监控和治疗诸如囊性纤维性病的肺病。物质分布探测不仅推动了医疗技术的发展，在材料领域也有着不俗的表现。Wei Ji等人研究了碳纳米管溶液的自衍射现象，并以此来计算碳纳米管的质量。就像其它的基于光谱的探测方法一样，这些方法并不能直接得到我们所感兴趣的物质的三维分布情况，而是间接地通过透射光谱来推测其可能的分布。而且，所建立的碳纳米管分布模型只适用于低功率激光照射和溶液小幅度温度变化的情况。此外，石墨烯和二硫化钼等新型纳米材料陆续被发现，它们独特的性质和优良的性能得到越来越多的关注和研究。它们在激光的作用下呈现出来的特性也有待挖掘。相衬显微镜虽然可以用来观察透明物质的分布，但是观察样本必须比较薄，并且物质的凸起和凹陷会呈现相同的分布，难以区分。为了解决这个问题，有人提出了用多波长的数字全息方法来恢复真实的相位分布。但是，他们的实验装置比较复杂。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种基于相位恢复的物质分布探测方法，可靠性和准确度高。

本发明采用的技术方案为：

一种基于相位恢复的物质分布探测方法，包括以下步骤：

步骤一：用一束激光照射物质，获取垂直于激光传播方向的接收平面的衍射光强分布；

步骤二：根据入射光的光强分布和接收平面的衍射光强分布，利用Gerchberg-Saxton算法恢复包含入射光通过物质后的相位变化信息的波函数；

步骤三：利用相位评估算法从上述波函数计算得到入射光通过物质后的相位变化；

步骤四：根据物质的三维分布与入射光通过物质后的相位变化的线性关系计算得到物质的三维分布。

进一步地，所述步骤二中利用Gerchberg-Saxton算法恢复包含入射光通过物质后的相位变化信息的波函数的步骤为：

(1)第一次迭代时，令计数i＝0，选取一个初始随机相位将与出射平面振幅约束相乘后得到出射平面的波函数并使计数i＝i+1；

(2)经过正向传输函数得到接收平面的波函数然后用接收平面振幅约束替换振幅A₂(X₂)，得到新的波函数

(3)经过逆向传输函数得到出射平面的波函数

(4)进行条件判断，如果计数i小于迭代次数Num，则，把步骤(3)中得到的出射平面的波函数中的振幅置“1”，得到然后，返回步骤(1)，将本步骤中得到的替换步骤(1)中的继续进行下一次迭代；否则，终止迭代并进入步骤三；